[发明专利]一种改性石墨烯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是碳原子构成的单层二维蜂窝状晶格结构的材料，它具有许多优异的性能，如高的杨氏模量和载流子迁移率、巨大的比表面积、优良的热导率和透光性等。石墨烯材料已在催化剂载体、柔性光电器件、生物材料、传感材料等领域显示出广阔的应用前景。目前，石墨烯的制备方法主要有微机械分离法、外延生长法、化学气相沉积、氧化石墨还原法等。其中，氧化石墨还原法是迄今制备石墨烯最广泛使用的一种方法。氧化石墨还原法作为一种低成本、可实现石墨烯批量生产的化学方法，受到相关科技工作者的高度重视。然而，氧化还原法需要使用大量强酸、高锰酸钾、双氧水等强氧化性物质，且引入的功能基团一般为含氧功能团，从而导致制备成本高、工艺复杂、功能化程度单一且偏低、环境污染严重，因而不适合大规模工业化生产。

发明内容

本发明是为了解决现有的氧化还原法制备石墨烯时制备成本高、工艺复杂、功能化程度单一且偏低、环境污染严重的技术问题，而提供一种改性石墨烯的制备方法。

本发明的一种改性石墨烯的制备方法是按以下步骤进行的：

一、石墨的氧化处理：在干燥的反应器中加入0.3L～3L质量分数为98％的浓硫酸，在搅拌的条件下加入10g～100g的石墨粉、0.1L～1L质量分数为65％的浓硝酸，超声10min～60min，在温度为20℃～60℃的条件下保温10min～100min，过滤，得到的固体用蒸馏水反复洗涤3次～5次，在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到氧化石墨；

二、二苯甲酮腙衍生物的制备：将2g～20g的二苯甲酮衍生物加入到圆底烧瓶中，依次加入50mL～1000mL无水乙醇和1g～50g质量分数为85％的水合肼溶液，在温度为80℃和搅拌的条件下回流24h～72h，然后减压蒸馏出加入无水乙醇体积40％～60％的无水乙醇，剩余的反应液在冰水浴中冷却结晶10min～60min，抽滤产物，得到的固体用蒸馏水洗涤3次～5次，在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到二苯甲酮腙衍生物；

三、双芳基重氮甲烷衍生物的制备：将0.1g～5g步骤二得到的二苯甲酮腙衍生物加入至装有5mL～200mL四氢呋喃的圆底烧瓶中，再依次加入0.1g～10g的无水硫酸钠、0.1g～10g的MnO₂和0.1mL～10mL的KOH的乙醇饱和溶液，在室温避光的条件下搅拌 1h～12h，采用砂芯漏斗过滤，用二氯甲烷反复洗涤3次～5次，得到的滤液在真空和温度为20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到双芳基重氮甲烷衍生物；

四、改性石墨烯的制备：将0.1g～5g步骤三得到的双芳基重氮甲烷衍生物加入至装有10mL～1000mL二氯甲烷的圆底烧瓶中，再加入0.1g～50g步骤一得到的氧化石墨，避光减压蒸馏出全部溶剂，所得固体在温度为100℃～200℃的条件下保温10min～120min，用二氯甲烷洗涤3～5次，用蒸馏水洗涤3～5次，得到的固体分散在丙酮中，超声分散1h～6h，抽滤，得到的固体在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到改性石墨烯。

本发明采用混酸对石墨进行适度氧化处理，引入部分含氧功能基团，以双芳基甲酮衍生物为原料，经由腙化及氧化反应制备双芳基重氮甲烷衍生物，在加热或光照条件下，双芳基重氮甲烷衍生物可脱除重氮基团生成高活性炭卡宾，利用碳卡宾与氧化石墨的插入反应及加成反应实现功能基团的引入，进一步采用超声剥离的手段即可得到改性石墨烯。

本发明的制备方法利用高活性卡宾与氧化石墨的反应引入功能基团，提高了功能化修饰程度、简化了制备工艺，适合大规模工业生产及后续的应用。

附图说明

图1是将50mg试验一制备得到的改性石墨烯溶解在500mL无水乙醇中测试得到的TEM照片。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方为一种改性石墨烯的制备方法，具体是按以下步骤进行的：

一、石墨的氧化处理：在干燥的反应器中加入0.3L～3L质量分数为98％的浓硫酸，在搅拌的条件下加入10g～100g的石墨粉、0.1L～1L质量分数为65％的浓硝酸，超声10min～60min，在温度为20℃～60℃的条件下保温10min～100min，过滤，得到的固体用蒸馏水反复洗涤3次～5次，在真空和零下20℃～60℃的条件下干燥12h～36h，得到氧化石墨；